Фотометрическое определение содержания кремния в растворе

Работа № 6

Цель работы: Освоить методику фотометрического определения содержания кремния; определить содержание кремния в анализируемом растворе.

Кремний встречается в водах в виде оксида (mSiO₂^. nH₂O) в разной степени гидратированности, а также в ионизированной форме в виде ортосиликат-ионов . Количество ионизированной и неионизированной форм определяется величиной рН.

Большое значение имеет определение растворенной ортокремниевой кислоты и всех растворенных силикатов. Для определения их в водах применяется фотометрический метод с молибдатом аммония. Результаты определения выражают в мг SiO₂ на 1 л воды.

Фотометрический метод определения кремнекислот основан на определении кремнемолибденового комплекса (КМК), образующегося в кислых растворах при λ = 410 нм.

При действии молибденово-кислого аммония на раствор, содержащий реакционно-способную кремнекислоту, образуется кремнемолибденовый комплекс (КМК), водные растворы которого окрашены в желтый цвет. КМК – комплексная гетерополикислота*.

*Реакционно-способная кремнекислота – определяемая часть кремния (в отличие от общего растворенного Si) в виде мономолекулярной ортокремневой кислоты H₄SiO₄.

Реактивы и оборудование:

1. Молибдат аммония, 10%-ный раствор.

2. Соляная кислота (ч.д.а.) 1:1.

3. Щавелевая кислота, 10%-ный раствор.

4. Силикат натрия, стандартный раствор: а) основной раствор: концентрация SiO₂ 1 мг/мл: сплавляют 3,0 г Na₂CO₃ с 0,2 г SiO₂ ч.д.а. в платиновом тигле. Горячий сплав растворяют в дистиллированной воде и разбавляют до 500 мл. Содержание SiO₂ в растворе определяют весовым методом; б) рабочий раствор: [SiO₂] = 0,05 мг/мл: 10 мл основного раствора разбавляют дистиллированной водой до 200 мл.

5. Фотоколориметр любой марки.

6. Кюветы с толщиной слоя 2 см (20 мм).

7. Мерные колбы на 100 мл, пипетки градуированные.

Ход работы.В мерные колбы емкостью 100 мл пипеткой вносят следующие объемы рабочего стандартного раствора: 0, 1, 2, 5, 10, 15, 20 мл, что соответствует концентрациям: 0; 0,0005; 0,0010; 0,0025; 0,0050; 0,0075; 0,0100 мг/мл.

Отобранные пробы стандартного раствора разбавляют небольшим количеством дистиллированной воды и перемешивают.

В каждую колбу приливают при перемешивании по 2 мл молибдата аммония, 1 мл соляной кислоты. Через 5 минут прибавляют по 1,5 мл щавелевой кислоты, разбавляют водой до метки и перемешивают. Измеряют оптическую плотность приготовленных растворов относительно раствора из первой колбы (раствор сравнения).

По полученным данным, используя метод наименьших квадратов, определяют градуировочную зависимость, проверяя значимость коэффициента а, и строят график зависимости оптической плотности от концентрации SiO₂.

Получают у лаборанта контрольный раствор в мерной колбе на 100 мл, добавляют те же количества реагентов, что и при приготовлении эталонных растворов и доводят до метки водой. Тщательно перемешивают и определяют оптическую плотность. Определение концентрации кремния производят по ранее определенной градуировочной зависимости.

Расчет:Содержание растворенных ортосиликатов ( ) в анализируемом растворе в мг/л вычисляют по формуле (35):

,

где: C_Х – концентрация SiO₂, найденная по градуировочной зависимости, мг/мл; 100 – объем, до которого разбавлена проба, мл; V – объем анализируемой пробы, мл; 1000 – коэффициент пересчета содержания SiO₂ в 1л.

Измерение оптической плотности, определение концентрации SiO₂ по градуировочной зависимости и расчет содержания растворенных ортосиликатов в мг/л проводят 3 раза. Проводят статистическую обработку результатов, определяют доверительный интервал при Р = 0,95 и относительную ошибку анализа.

Контрольные вопросы

1. К какой группе методов анализа относится фотометрический метод?

2. На чем основан фотометрический метод анализа? Какие методы относятся к фотометрическим, и чем они отличаются друг от друга?

3. С помощью каких приборов проводится фотометрический анализ, и какая величина определяется экспериментально?

4. Каким законом описывается зависимость оптической плотности раствора от концентрации вещества? Сформулируйте этот закон и приведите его графическое выражение.

5. Спектр поглощения вещества. Чем он характеризуется?

6. Как выбирается длина волны для проведения фотометрического анализа?

7. Молярный коэффициент поглощения. Его физический смысл.

8. Назовите основные узлы приборов для проведения фотометрического анализа. Каково их назначение?

9. Как проводится определение оптической плотности на приборах КФК?

10. Способы определения концентрации в фотометрическом методе анализа.

11. Что такое раствор сравнения?

12. На чем основано определение кремния фотометрическим методом? При какой длине волны проводят определение кремния?

13. Приведите реакцию образования кремнемолибденового комплекса.

14. Что такое реакционно-способная кремнекислота?

15. Методика определения кремния фотометрическим методом.